OSI-Modell
| OSI-Modell nach Schichten ⓘ |
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Das Open Systems Interconnection-Modell (OSI-Modell) ist ein konzeptionelles Modell, das den universellen Standard der Kommunikationsfunktionen eines Telekommunikations- oder Computersystems beschreibt, ohne Rücksicht auf die zugrunde liegende interne Technologie und die spezifischen Protokollsuiten des Systems. Das Ziel ist daher die Interoperabilität aller verschiedenen Kommunikationssysteme, die Standard-Kommunikationsprotokolle enthalten, durch Verkapselung und Entkapselung von Daten für die gesamte vernetzte Kommunikation. Im OSI-Referenzmodell wird die Kommunikation zwischen einem Computersystem in sieben verschiedene Abstraktionsschichten unterteilt: Physikalisch, Datenverbindung, Netzwerk, Transport, Sitzung, Präsentation und Anwendung. ⓘ
Das Modell unterteilt den Datenfluss in einem Kommunikationssystem in sieben Abstraktionsschichten, um die vernetzte Kommunikation von der physikalischen Implementierung der Übertragung von Bits über ein Kommunikationsmedium bis hin zur Darstellung der Daten einer verteilten Anwendung auf höchster Ebene zu beschreiben. Jede Zwischenschicht stellt der darüber liegenden Schicht eine Klasse von Funktionen zur Verfügung und wird von der darunter liegenden Schicht bedient. Funktionalitätsklassen werden in jeder Softwareentwicklung durch alle standardisierten Kommunikationsprotokolle realisiert. ⓘ
Jede Schicht im OSI-Modell hat ihre eigenen wohldefinierten Funktionen, und die Funktionen jeder Schicht kommunizieren und interagieren mit den unmittelbar darüber und darunter liegenden Schichten, es sei denn, die Schicht hat keine darunter oder darüber liegenden Schichten. In jedem Fall hat jede Schicht des OSI-Modells ihre eigenen wohldefinierten Funktionen, die die grundlegenden Anwendungen für die Kommunikation aller Kommunikationsprotokolle beschreiben. ⓘ
Die Internet-Protokollsuite hat ein eigenes Modell, dessen Schichten in RFC 1122 und RFC 1123 erwähnt werden. Dieses Modell fasst die physikalische und die Datenverbindungsschicht des OSI-Modells in einer einzigen Verbindungsschicht zusammen und hat eine einzige Anwendungsschicht für alle Protokolle oberhalb der Transportschicht, im Gegensatz zu den getrennten Anwendungs-, Darstellungs- und Sitzungsschichten des OSI-Modells. ⓘ
Im Vergleich dazu haben mehrere Netzwerkmodelle versucht, einen intellektuellen Rahmen für die Klärung von Netzwerkkonzepten und -aktivitäten zu schaffen, aber keines war so erfolgreich wie das OSI-Referenzmodell und wurde zum Standardmodell für die Diskussion, den Unterricht und das Lernen von Netzwerkverfahren im Bereich der Informationstechnologie. Darüber hinaus ermöglicht das Modell eine transparente Kommunikation durch den gleichwertigen Austausch von Protokolldateneinheiten (PDUs) zwischen zwei Parteien, was als Peer-to-Peer-Networking (auch als Peer-to-Peer-Kommunikation bekannt) bezeichnet wird. Infolgedessen ist das OSI-Referenzmodell nicht nur unter Fachleuten und Nichtfachleuten gleichermaßen zu einem wichtigen Bestandteil geworden, sondern auch in allen Netzwerken zwischen einer oder mehreren Parteien, was zum großen Teil an seinem allgemein akzeptierten benutzerfreundlichen Rahmen liegt. ⓘ
Das ISO/OSI-Referenzmodell (englisch Open Systems Interconnection model) ist ein Referenzmodell für Netzwerkprotokolle als Schichtenarchitektur. Es wird seit 1983 von der International Telecommunication Union (ITU) und seit 1984 auch von der International Organization for Standardization (ISO) als Standard veröffentlicht. Seine Entwicklung begann im Jahr 1977. ⓘ
Geschichte
Die Entwicklung des OSI-Modells begann in den späten 1970er Jahren, um die Entstehung der verschiedenen Computernetzwerkmethoden zu unterstützen, wie z. B. die derzeitige Hauptmethode TCP/IP, die um die Anwendung in den großen nationalen Netzwerken der Welt konkurrierten. In den 1980er Jahren wurde das Modell zu einem Arbeitsprodukt der Open Systems Interconnection-Gruppe bei der Internationalen Organisation für Normung (ISO). Obwohl das Modell versuchte, eine umfassende Beschreibung von Netzwerken zu liefern, konnte es sich bei der Entwicklung des Internets nicht durchsetzen, was sich in der weniger präskriptiven Internet Protocol Suite widerspiegelt, die hauptsächlich unter der Schirmherrschaft der Internet Engineering Task Force (IETF) gefördert wird. ⓘ
Zu Beginn und Mitte der 1970er Jahre wurden Netze größtenteils entweder von der Regierung gefördert (NPL-Netz im Vereinigten Königreich, ARPANET in den USA, CYCLADES in Frankreich) oder von Anbietern mit proprietären Standards entwickelt, wie z. B. IBMs Systems Network Architecture und Digital Equipment Corporation's DECnet. Öffentliche Datennetze waren gerade erst im Entstehen begriffen, und diese begannen in den späten 1970er Jahren, den X.25-Standard zu verwenden. ⓘ
Das Experimental Packet Switched System im Vereinigten Königreich (ca. 1973-1975) zeigte die Notwendigkeit auf, Protokolle auf höherer Ebene zu definieren. Die Veröffentlichung "Why Distributed Computing" des UK National Computing Centre, die aus umfangreichen Forschungsarbeiten über künftige Konfigurationen für Computersysteme hervorging, führte dazu, dass das Vereinigte Königreich auf der ISO-Tagung in Sydney im März 1977 die Einrichtung eines internationalen Normenausschusses für diesen Bereich vorschlug. ⓘ
Ab 1977 führte die Internationale Organisation für Normung (ISO) ein Programm zur Entwicklung allgemeiner Normen und Methoden für die Vernetzung durch. Ein ähnlicher Prozess entwickelte sich beim International Telegraph and Telephone Consultative Committee (CCITT, aus dem Französischen: Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique). Beide Gremien entwickelten Dokumente, die ähnliche Netzwerkmodelle definierten. Das OSI-Modell wurde erstmals im Februar 1978 in Washington, DC, von Hubert Zimmermann aus Frankreich in grober Form definiert, und die verfeinerte, aber noch im Entwurf vorliegende Norm wurde 1980 von der ISO veröffentlicht. ⓘ
Die Verfasser des Referenzmodells mussten sich mit vielen konkurrierenden Prioritäten und Interessen auseinandersetzen. Die Geschwindigkeit des technologischen Wandels machte es erforderlich, Normen zu definieren, an denen sich neue Systeme orientieren konnten, anstatt Verfahren im Nachhinein zu standardisieren - das Gegenteil der traditionellen Vorgehensweise bei der Entwicklung von Normen. Obwohl es sich nicht um eine Norm selbst handelte, bildete es einen Rahmen, in dem künftige Normen definiert werden konnten. ⓘ
1983 wurden die CCITT- und ISO-Dokumente zu The Basic Reference Model for Open Systems Interconnection zusammengeführt, das gewöhnlich als Open Systems Interconnection Reference Model, OSI Reference Model oder einfach OSI-Modell bezeichnet wird. Es wurde 1984 sowohl von der ISO als Norm ISO 7498 als auch von der umbenannten CCITT (jetzt Telecommunications Standardization Sector der International Telecommunication Union oder ITU-T genannt) als Norm X.200 veröffentlicht. ⓘ
OSI bestand aus zwei Hauptkomponenten: einem abstrakten Modell der Vernetzung, dem so genannten Basisreferenzmodell oder Sieben-Schichten-Modell, und einer Reihe spezifischer Protokolle. Das OSI-Referenzmodell war ein großer Fortschritt bei der Standardisierung von Netzwerkkonzepten. Es förderte die Idee eines konsistenten Modells von Protokollschichten, das die Interoperabilität zwischen Netzwerkgeräten und Software definiert. ⓘ
Das Konzept eines Sieben-Schichten-Modells geht auf die Arbeit von Charles Bachman bei Honeywell Information Systems zurück. Verschiedene Aspekte des OSI-Designs entwickelten sich aus den Erfahrungen mit dem NPL-Netz, ARPANET, CYCLADES, EIN und der International Networking Working Group (IFIP WG6.1). In diesem Modell wurde ein Netzwerksystem in Schichten unterteilt. Innerhalb jeder Schicht implementieren eine oder mehrere Einheiten ihre Funktionalität. Jede Einheit interagiert direkt nur mit der unmittelbar unter ihr liegenden Schicht und stellt der darüber liegenden Schicht Einrichtungen zur Nutzung zur Verfügung. ⓘ
Die OSI-Normdokumente sind bei der ITU-T als X.200-Empfehlungsreihe erhältlich. Einige der Protokollspezifikationen waren auch als Teil der ITU-T X-Reihe erhältlich. Die entsprechenden ISO/IEC-Normen für das OSI-Modell waren bei der ISO erhältlich. Nicht alle sind kostenlos. ⓘ
OSI war ein Versuch der Industrie, sich auf gemeinsame Netzwerkstandards zu einigen, um die Interoperabilität zwischen verschiedenen Anbietern zu gewährleisten. Es war üblich, dass große Netzwerke mehrere Netzwerkprotokoll-Suites unterstützten, wobei viele Geräte aufgrund fehlender gemeinsamer Protokolle nicht mit anderen Geräten zusammenarbeiten konnten. In den späten 1980er und frühen 1990er Jahren waren Ingenieure, Organisationen und Nationen in der Frage polarisiert, welcher Standard - das OSI-Modell oder die Internet-Protokollsuite - zu den besten und robustesten Computernetzwerken führen würde. Während OSI jedoch seine Netzwerkstandards in den späten 1980er Jahren entwickelte, wurde TCP/IP in Netzwerken verschiedener Hersteller für die Internetarbeit weit verbreitet. ⓘ
Das OSI-Modell wird nach wie vor als Referenz für Lehre und Dokumentation verwendet; die ursprünglich für das Modell konzipierten OSI-Protokolle haben sich jedoch nicht durchgesetzt. Einige Ingenieure argumentieren, dass das OSI-Referenzmodell für das Cloud Computing immer noch relevant ist. Andere sagen, dass das ursprüngliche OSI-Modell nicht zu den heutigen Netzwerkprotokollen passt und schlagen stattdessen einen vereinfachten Ansatz vor. ⓘ
Definitionen
Kommunikationsprotokolle ermöglichen es einer Entität auf einem Host, mit einer entsprechenden Entität auf derselben Schicht auf einem anderen Host zu interagieren. Dienstdefinitionen beschreiben wie das OSI-Modell abstrakt die Funktionalität, die einer (N)-Schicht von einer (N-1)-Schicht zur Verfügung gestellt wird, wobei N eine der sieben Schichten von Protokollen ist, die auf dem lokalen Host arbeiten. ⓘ
Auf jeder Ebene N tauschen zwei Entitäten der kommunizierenden Geräte (Peers der Schicht N) mittels eines Protokolls der Schicht N Protokolldateneinheiten (PDUs) aus. Jede PDU enthält eine Nutzlast, die so genannte Dienstdateneinheit (SDU), sowie protokollbezogene Kopf- oder Fußzeilen. ⓘ
Die Datenverarbeitung durch zwei kommunizierende OSI-kompatible Geräte läuft wie folgt ab:
- Die zu übertragenden Daten werden auf der obersten Schicht des sendenden Geräts (Schicht N) zu einer Protokolldateneinheit (PDU) zusammengestellt.
- Die PDU wird an die Schicht N-1 weitergegeben, wo sie als Dienstdateneinheit (SDU) bezeichnet wird.
- Auf der Schicht N-1 wird die SDU mit einem Header, einem Footer oder beidem verkettet, wodurch eine PDU der Schicht N-1 entsteht. Sie wird dann an die Schicht N-2 weitergeleitet.
- Der Prozess wird fortgesetzt, bis die unterste Ebene erreicht ist, von der aus die Daten an das empfangende Gerät übertragen werden.
- Beim empfangenden Gerät werden die Daten von der untersten zur obersten Ebene als eine Reihe von SDUs weitergeleitet, wobei nacheinander die Kopf- oder Fußzeilen der einzelnen Ebenen entfernt werden, bis die oberste Ebene erreicht ist, wo die letzten Daten verbraucht werden. ⓘ
Standardisierte Dokumente
Das OSI-Modell wurde in ISO/IEC 7498 definiert, das aus folgenden Teilen besteht:
- ISO/IEC 7498-1 Das Grundmodell
- ISO/IEC 7498-2 Sicherheitsarchitektur
- ISO/IEC 7498-3 Benennung und Adressierung
- ISO/IEC 7498-4 Verwaltungsrahmen ⓘ
ISO/IEC 7498-1 ist auch als ITU-T-Empfehlung X.200 veröffentlicht. ⓘ
Schichtenarchitektur
Die Empfehlung X.200 beschreibt sieben Schichten, die mit 1 bis 7 bezeichnet sind. Schicht 1 ist die unterste Schicht in diesem Modell. ⓘ
| Schicht | Protokolldateneinheit (PDU) | Funktion | ||
|---|---|---|---|---|
| Host schichten |
7 | Anwendung | Daten | High-Level-APIs, einschließlich gemeinsamer Ressourcennutzung, Remote-Dateizugriff |
| 6 | Darstellung | Übersetzung von Daten zwischen einem Netzdienst und einer Anwendung, einschließlich Zeichenkodierung, Datenkomprimierung und Verschlüsselung/Entschlüsselung | ||
| 5 | Sitzung | Verwaltung von Kommunikationssitzungen, d. h. kontinuierlicher Austausch von Informationen in Form von mehreren Hin- und Herübertragungen zwischen zwei Knotenpunkten | ||
| 4 | Transport | Segment, Datagramm | Zuverlässige Übertragung von Datensegmenten zwischen Punkten in einem Netz, einschließlich Segmentierung, Quittierung und Multiplexing | |
| Medien schichten |
3 | Netzwerk | Paket | Strukturierung und Verwaltung eines Netzes mit mehreren Knoten, einschließlich Adressierung, Routing und Verkehrssteuerung |
| 2 | Datenverbindung | Rahmen | Übertragung von Datenrahmen zwischen zwei Knoten, die durch eine physikalische Schicht verbunden sind | |
| 1 | Physikalisch | Bit, Symbol | Übertragung und Empfang von Rohbitströmen über ein physikalisches Medium | |
Schicht 1 – Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
Die Bitübertragungsschicht (engl. Physical Layer) ist die unterste Schicht. Diese Schicht stellt mechanische, elektrische, physikalische und weitere funktionale Hilfsmittel zur Verfügung, um physische Verbindungen zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darüber zu übertragen. Das können zum Beispiel elektrische Signale, optische Signale (Lichtleiter, Laser), elektromagnetische Wellen (drahtlose Netze) oder Schall sein. Die dabei verwendeten Verfahren bezeichnet man als übertragungstechnische Verfahren. Geräte und Netzkomponenten, die der Bitübertragungsschicht zugeordnet werden, sind zum Beispiel die Antenne und der Verstärker, Stecker und Buchse für das Netzwerkkabel, der Repeater, der Hub, der Transceiver, das T-Stück und der Abschlusswiderstand (Terminator). ⓘ
Auf der Bitübertragungsschicht wird die digitale Bitübertragung auf einer leitungsgebundenen oder leitungslosen Übertragungsstrecke bewerkstelligt. Die gemeinsame Nutzung eines Übertragungsmediums kann auf dieser Schicht durch statisches Multiplexen oder dynamisches Multiplexen erfolgen. Dies erfordert neben den Spezifikationen bestimmter Übertragungsmedien (zum Beispiel Kupferkabel, Lichtwellenleiter, Stromnetz) und der Definition von Steckverbindungen noch weitere Elemente. ⓘ
Darüber hinaus muss auf dieser Ebene gelöst werden, auf welche Art und Weise ein einzelnes Bit übertragen werden soll: In Rechnernetzen werden Informationen in Form von Bit- oder Symbolfolgen übertragen. In Kupferkabeln und bei Funkübertragung sind modulierte, hochfrequente, elektromagnetische Wellen die Informationsträger, in Lichtwellenleitern Lichtwellen einer oder mehrerer bestimmter Wellenlängen. Die Informationsträger können abhängig von der Modulation nicht nur zwei Zustände für null und eins annehmen, sondern gegebenenfalls weitaus mehr. Für jede Übertragungsart muss daher eine Codierung festgelegt werden. Das geschieht mit Hilfe der Spezifikation der Bitübertragungsschicht eines Netzes. ⓘ
Hardware auf dieser Schicht: Repeater, Hubs, Leitungen, Stecker, u. a. ⓘ
Protokolle und Normen: V.24, V.28, X.21, RS 232, RS 422, RS 423, RS 499 ⓘ
Die physikalische Schicht legt auch fest, wie die Kodierung über ein physikalisches Signal, wie z. B. eine elektrische Spannung oder einen Lichtimpuls, erfolgt. So kann beispielsweise ein 1-Bit auf einem Kupferdraht durch den Übergang von einem 0-Volt- zu einem 5-Volt-Signal dargestellt werden, während ein 0-Bit durch den Übergang von einem 5-Volt-Signal zu einem 0-Volt-Signal dargestellt werden kann. Daher sind häufige Probleme, die auf der Bitübertragungsschicht auftreten, häufig auf einen falschen Medienabschluss, EMI oder Störgeräusche sowie falsch konfigurierte oder nicht ordnungsgemäß funktionierende NICs und Hubs zurückzuführen. ⓘ
Schicht 2: Datenübertragungsschicht
Aufgabe der Sicherungsschicht (engl. Data Link Layer; auch Abschnittssicherungsschicht, Datensicherungsschicht, Verbindungssicherungsschicht, Verbindungsebene, Prozedurebene) ist es, eine zuverlässige, das heißt weitgehend fehlerfreie Übertragung zu gewährleisten und den Zugriff auf das Übertragungsmedium zu regeln. Dazu dient das Aufteilen des Bitdatenstromes in Blöcke – auch als Frames oder Rahmen bezeichnet – und das Hinzufügen von Prüfsummen im Rahmen der Kanalkodierung. So können fehlerhafte Blöcke vom Empfänger erkannt und entweder verworfen oder sogar korrigiert werden; ein erneutes Anfordern verworfener Blöcke sieht diese Schicht aber nicht vor. ⓘ
Eine „Datenflusskontrolle“ ermöglicht es, dass ein Empfänger dynamisch steuert, mit welcher Geschwindigkeit die Gegenseite Blöcke senden darf. Die internationale Ingenieursorganisation IEEE sah die Notwendigkeit, für lokale Netze auch den konkurrierenden Zugriff auf ein Übertragungsmedium zu regeln, was im OSI-Modell nicht vorgesehen ist. ⓘ
Nach IEEE ist Schicht 2 in zwei Unter-Schichten (sub layers) unterteilt: LLC (Logical Link Control, Schicht 2b) und MAC (Media Access Control, Schicht 2a). In einer älteren Definition der OSI-Schichten enthält Schicht 2 viele Media-Access-Control-Anteile nicht; diese Funktionen müssen dort von höheren OSI-Schichten übernommen werden. ⓘ
Hardware auf dieser Schicht: Bridge, Switch (Multiport-Bridge) ⓘ
Das Ethernet-Protokoll beschreibt sowohl Schicht 1 als auch Schicht 2, wobei auf dieser als Zugriffskontrolle CSMA/CD zum Einsatz kommt. ⓘ
Protokolle und Normen, die auf anderen Schicht-2-Protokollen und -Normen aufsetzen: HDLC, SDLC, DDCMP, IEEE 802.2 (LLC), RLC, PDCP, ARP, RARP, STP, Shortest Path Bridging ⓘ
Protokolle und Normen, die direkt auf Schicht 1 aufsetzen: IEEE 802.11 (WLAN), IEEE 802.4 (Token Bus), IEEE 802.5 (Token Ring), FDDI ⓘ
Die Datenverbindungsschicht sorgt für die Datenübertragung von Knoten zu Knoten - eine Verbindung zwischen zwei direkt verbundenen Knoten. Sie erkennt und korrigiert möglicherweise Fehler, die in der physikalischen Schicht auftreten können. Sie definiert das Protokoll für den Aufbau und die Beendigung einer Verbindung zwischen zwei physisch verbundenen Geräten. Es definiert auch das Protokoll für die Flusskontrolle zwischen ihnen. ⓘ
Das Punkt-zu-Punkt-Protokoll (PPP) ist ein Protokoll der Datenübertragungsschicht, das über mehrere verschiedene physikalische Schichten, wie synchrone und asynchrone serielle Leitungen, arbeiten kann. ⓘ
Die ITU-T-Norm G.hn, die lokale Hochgeschwindigkeitsnetze über bestehende Leitungen (Strom-, Telefon- und Koaxialkabel) ermöglicht, umfasst eine vollständige Datenübertragungsschicht, die sowohl Fehlerkorrektur als auch Flusskontrolle mit Hilfe eines selektiv wiederholten Schiebefensterprotokolls bietet. ⓘ
Sicherheit, insbesondere (authentifizierte) Verschlüsselung, kann auf dieser Schicht mit MACSec angewendet werden. ⓘ
Schicht 3: Netzwerkschicht
Die Netzwerkschicht stellt die funktionalen und verfahrenstechnischen Mittel für die Übertragung von Paketen von einem Knoten zu einem anderen bereit, die in "verschiedenen Netzwerken" verbunden sind. Ein Netz ist ein Medium, an das viele Knoten angeschlossen werden können, in dem jeder Knoten eine Adresse hat und das es den angeschlossenen Knoten ermöglicht, Nachrichten an andere angeschlossene Knoten zu übermitteln, indem sie lediglich den Inhalt einer Nachricht und die Adresse des Zielknotens angeben und das Netz den Weg finden lassen, um die Nachricht an den Zielknoten zu liefern, wobei sie möglicherweise über Zwischenknoten geleitet wird. Wenn die Nachricht zu groß ist, um von einem Knoten zu einem anderen auf der Datenverbindungsschicht zwischen diesen Knoten übertragen zu werden, kann das Netz die Nachrichtenübermittlung dadurch realisieren, dass es die Nachricht an einem Knoten in mehrere Fragmente aufteilt, die Fragmente unabhängig voneinander sendet und die Fragmente an einem anderen Knoten wieder zusammensetzt. Es kann, muss aber nicht, Zustellungsfehler melden. ⓘ
Eine zuverlässige Zustellung von Nachrichten auf der Netzschicht ist nicht unbedingt garantiert; ein Protokoll der Netzschicht kann eine zuverlässige Zustellung von Nachrichten gewährleisten, muss es aber nicht. ⓘ
Eine Reihe von Protokollen für das Schichtenmanagement, eine Funktion, die im Management Annex, ISO 7498/4, definiert ist, gehören zur Netzwerkschicht. Dazu gehören Routing-Protokolle, die Verwaltung von Multicast-Gruppen, Informationen und Fehler der Netzwerkschicht sowie die Adresszuweisung der Netzwerkschicht. Es ist die Funktion der Nutzlast, die sie der Netzwerkschicht zuordnet, nicht das Protokoll, das sie überträgt. ⓘ
Das OSI-Modell lässt sich durch folgende Analogie aus dem Geschäftsleben beschreiben: Ein Firmenmitarbeiter möchte seinem Geschäftspartner eine Nachricht senden. Der Mitarbeiter ist mit dem Anwendungsprozess, der die Kommunikation anstößt, gleichzusetzen. Er spricht die Nachricht auf ein Diktiergerät. Sein Assistent bringt die Nachricht auf Papier. Der Assistent wirkt somit als Darstellungsschicht. Danach gibt er die Nachricht an den Sekretär, der den Versand der Nachricht verwaltungstechnisch abwickelt und damit die Sitzungsschicht repräsentiert. Der Hauspostmitarbeiter (gleich Transportschicht) bringt den Brief auf den Weg. Dazu klärt er mit der Vermittlungsschicht (gleich Briefpost), welche Übertragungswege bestehen, und wählt den geeigneten aus. Der Postmitarbeiter bringt die nötigen Vermerke auf den Briefumschlag an und gibt ihn weiter an die Verteilstelle, die der Sicherungsschicht entspricht. Von dort gelangt der Brief zusammen mit anderen in ein Transportmittel wie LKW oder Flugzeug und nach eventuell mehreren Zwischenschritten zur Verteilstelle, die für den Empfänger zuständig ist. ⓘ
| Akteur | Entsprechende OSI-Schicht ⓘ |
|---|---|
| Firmenmitarbeiter / Geschäftspartner | Anwendung |
| Assistent | Darstellung |
| Sekretär | Sitzung |
| Hauspostmitarbeiter | Transport |
| Briefpost | Vermittlung |
| Verteilstelle | Sicherung |
| Transportmittel | Bitübertragung |
Auf der Seite des Empfängers wird dieser Vorgang in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen, bis der Geschäftspartner die Nachricht auf ein Diktiergerät gesprochen vorfindet. ⓘ
Diese Analogie zeigt nicht auf, welche Möglichkeiten der Fehlerüberprüfung und -behebung das OSI-Modell vorsieht, da diese beim Briefversand nicht bestehen. ⓘ
Schicht 4: Transportschicht
Die Transportschicht stellt die funktionalen und verfahrenstechnischen Mittel zur Übertragung von Datensequenzen variabler Länge von einem Quellhost zu einem Zielhost, von einer Anwendung zu einer anderen über ein Netz bereit, wobei die Dienstgütefunktionen erhalten bleiben. Transportprotokolle können verbindungsorientiert oder verbindungslos sein. ⓘ
Dies kann es erforderlich machen, große Protokolldateneinheiten oder lange Datenströme in kleinere, als "Segmente" bezeichnete Stücke aufzuteilen, da die Netzschicht eine maximale Paketgröße vorschreibt, die als maximale Übertragungseinheit (MTU) bezeichnet wird und von der maximalen Paketgröße abhängt, die von allen Datenverbindungsschichten auf dem Netzpfad zwischen den beiden Hosts vorgegeben wird. Die Datenmenge in einem Datensegment muss klein genug sein, um einen Header der Netzwerkschicht und einen Header der Transportschicht zu ermöglichen. Für Daten, die über ein Ethernet übertragen werden, beträgt die MTU beispielsweise 1500 Byte, die Mindestgröße eines TCP-Headers 20 Byte und die Mindestgröße eines IPv4-Headers 20 Byte, so dass die maximale Segmentgröße 1500-(20+20) Byte, also 1460 Byte beträgt. Der Prozess der Aufteilung von Daten in Segmente wird als Segmentierung bezeichnet; es handelt sich um eine optionale Funktion der Transportschicht. Einige verbindungsorientierte Transportprotokolle wie TCP und das OSI connection-oriented transport protocol (COTP) führen die Segmentierung und den Wiederzusammenbau von Segmenten auf der Empfängerseite durch; verbindungslose Transportprotokolle wie UDP und das OSI connectionless transport protocol (CLTP) tun dies normalerweise nicht. ⓘ
Die Transportschicht steuert auch die Zuverlässigkeit einer bestimmten Verbindung zwischen einem Quell- und einem Zielhost durch Flusskontrolle, Fehlerkontrolle und Bestätigungen der Reihenfolge und des Vorhandenseins. Einige Protokolle sind zustands- und verbindungsorientiert. Das bedeutet, dass die Transportschicht die Segmente verfolgen und diejenigen, die nicht zugestellt werden können, über das Quittungs-Handshake-System erneut übertragen kann. Die Transportschicht liefert auch die Bestätigung für die erfolgreiche Datenübertragung und sendet die nächsten Daten, wenn keine Fehler aufgetreten sind. ⓘ
Die Zuverlässigkeit ist jedoch keine strikte Anforderung innerhalb der Transportschicht. Protokolle wie UDP werden z. B. in Anwendungen verwendet, die einen gewissen Paketverlust, eine Umordnung, Fehler oder Duplikate in Kauf nehmen. Streaming Media, Echtzeit-Multiplayer-Spiele und Voice over IP (VoIP) sind Beispiele für Anwendungen, bei denen Paketverluste in der Regel kein gravierendes Problem darstellen. ⓘ
Das verbindungsorientierte OSI-Transportprotokoll definiert fünf Klassen von verbindungsorientierten Transportprotokollen, die von Klasse 0 (auch TP0 genannt und mit den wenigsten Funktionen ausgestattet) bis zu Klasse 4 (TP4, konzipiert für weniger zuverlässige Netze, ähnlich dem Internet) reichen. Klasse 0 enthält keine Fehlerbehebung und wurde für die Verwendung auf Netzwerkschichten entwickelt, die fehlerfreie Verbindungen bieten. Klasse 4 kommt TCP am nächsten, obwohl TCP Funktionen enthält, die OSI der Sitzungsschicht zuordnet, wie z. B. das "Graceful Close". Außerdem bieten alle OSI TP-Protokollklassen für den Verbindungsmodus eine beschleunigte Datenübertragung und die Beibehaltung von Datensatzgrenzen. Die detaillierte Charakteristik der TP0-4-Klassen ist in der folgenden Tabelle dargestellt:
| Name des Merkmals | TP0 | TP1 | TP2 | TP3 | TP4 ⓘ |
|---|---|---|---|---|---|
| Verbindungsorientiertes Netzwerk | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Verbindungsloses Netz | Nein | Nein | Nein | Nein | Ja |
| Verkettung und Trennung | Nein | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Segmentierung und Wiederzusammenführung | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Fehlerbehebung | Nein | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Wiederaufnahme der Verbindunga | Nein | Ja | Nein | Ja | Nein |
| Multiplexing/Demultiplexing über eine einzige virtuelle Leitung | Nein | Nein | Ja | Ja | Ja |
| Explizite Flusskontrolle | Nein | Nein | Ja | Ja | Ja |
| Neuübertragung bei Zeitüberschreitung | Nein | Nein | Nein | Nein | Ja |
| Zuverlässiger Transportdienst | Nein | Ja | Nein | Ja | Ja |
| a Wenn eine übermäßige Anzahl von PDUs nicht quittiert wird. | |||||
Eine einfache Möglichkeit, die Transportschicht zu veranschaulichen, ist der Vergleich mit einem Postamt, das sich mit dem Versand und der Klassifizierung von Briefen und Paketen befasst. Ein Postamt prüft nur den äußeren Umschlag der Post, um deren Zustellung zu bestimmen. Höhere Schichten können das Äquivalent eines doppelten Umschlags haben, z. B. kryptografische Präsentationsdienste, die nur vom Empfänger gelesen werden können. Grob gesagt arbeiten Tunnelprotokolle auf der Transportschicht, z. B. die Übertragung von Nicht-IP-Protokollen wie SNA von IBM oder IPX von Novell über ein IP-Netz oder die Ende-zu-Ende-Verschlüsselung mit IPsec. Generic Routing Encapsulation (GRE) scheint zwar ein Protokoll der Netzwerkschicht zu sein, aber wenn die Verkapselung der Nutzlast nur am Endpunkt stattfindet, wird GRE eher zu einem Transportprotokoll, das IP-Header verwendet, aber vollständige Layer-2-Frames oder Layer-3-Pakete enthält, um sie an den Endpunkt zu liefern. L2TP überträgt PPP-Rahmen innerhalb von Transportsegmenten. ⓘ
Obwohl sie nicht im Rahmen des OSI-Referenzmodells entwickelt wurden und nicht streng der OSI-Definition der Transportschicht entsprechen, werden das Transmission Control Protocol (TCP) und das User Datagram Protocol (UDP) der Internet Protocol Suite üblicherweise als Schicht-4-Protokolle innerhalb der OSI eingestuft. ⓘ
Auch Transport Layer Security (TLS) passt nicht genau in dieses Modell. Sie enthält Merkmale der Transport- und der Präsentationsschicht. ⓘ
Schicht 5: Sitzungsschicht
Die Sitzungsschicht schafft den Aufbau, steuert die Verbindungen und beendet den Abbau zwischen zwei oder mehreren Computern, was als "Sitzung" bezeichnet wird. Da DNS und andere Namensauflösungsprotokolle in diesem Teil der Schicht arbeiten, gehören zu den üblichen Funktionen der Sitzungsschicht die Funktionen Benutzeranmeldung (Aufbau), Namenssuche (Verwaltung) und Benutzerabmeldung (Beendigung). Dazu gehören auch Authentifizierungsprotokolle, die in den meisten Client-Programmen, wie z. B. FTP-Client und NFS-Client für Microsoft-Netzwerke, enthalten sind. Daher baut die Sitzungsschicht die Verbindungen zwischen der lokalen und der entfernten Anwendung auf, verwaltet sie und beendet sie. Die Sitzungsschicht ermöglicht auch Vollduplex-, Halbduplex- oder Simplex-Betrieb und legt Verfahren für Checkpointing, Unterbrechung, Neustart und Beendigung einer Sitzung zwischen zwei zusammenhängenden Datenströmen fest, wie z. B. einem Audio- und einem Videostrom in einer Webkonferenzanwendung. Daher wird die Sitzungsschicht in der Regel explizit in Anwendungsumgebungen implementiert, die Remote Procedure Calls verwenden. ⓘ
Schicht 6: Darstellungsschicht
Die Darstellungsschicht sorgt für die Datenformatierung und die Datenübersetzung in ein von der Anwendungsschicht vorgegebenes Format während der Einkapselung ausgehender Nachrichten bei der Weiterleitung nach unten im Protokollstapel und möglicherweise umgekehrt während der Entkapselung eingehender Nachrichten bei der Weiterleitung nach oben im Protokollstapel. Aus diesem Grund werden ausgehende Nachrichten während der Einkapselung in ein von der Anwendungsschicht vorgegebenes Format konvertiert, während die Konversation für eingehende Nachrichten während der Entkapselung umgekehrt wird. ⓘ
Die Darstellungsschicht kümmert sich um Protokollkonvertierung, Datenverschlüsselung, Datenentschlüsselung, Datenkomprimierung, Datendekomprimierung, Inkompatibilität der Datendarstellung zwischen Betriebssystemen und Grafikbefehle. Die Darstellungsschicht wandelt Daten in die Form um, die die Anwendungsschicht akzeptiert, um sie über ein Netz zu senden. Da die Darstellungsschicht Daten und Grafiken in ein Anzeigeformat für die Anwendungsschicht umwandelt, wird die Darstellungsschicht manchmal auch als Syntaxschicht bezeichnet. Aus diesem Grund handelt die Darstellungsschicht die Übertragung der Syntaxstruktur über die grundlegenden Kodierungsregeln der Abstract Syntax Notation One (ASN.1) aus, mit Fähigkeiten wie der Umwandlung einer EBCDIC-kodierten Textdatei in eine ASCII-kodierte Datei oder der Serialisierung von Objekten und anderen Datenstrukturen von und nach XML. ⓘ
Protokolle und Normen: ISO 8822 / X.216 (Presentation Service), ISO 8823 / X.226 (Connection-Oriented Presentation Protocol), ISO 9576 (Connectionless Presentation Protocol) ⓘ
Schicht 7: Anwendungsschicht
Die Anwendungsschicht ist die Schicht des OSI-Modells, die dem Endbenutzer am nächsten ist. Das bedeutet, dass sowohl die OSI-Anwendungsschicht als auch der Benutzer direkt mit Softwareanwendungen interagieren, die eine Komponente der Kommunikation zwischen Client und Server implementieren, wie z. B. File Explorer und Microsoft Word. Solche Anwendungsprogramme fallen nicht in den Anwendungsbereich des OSI-Modells, es sei denn, sie sind über die Kommunikationsfunktionen direkt in die Anwendungsschicht integriert, wie es bei Anwendungen wie Webbrowsern und E-Mail-Programmen der Fall ist. Andere Beispiele für Software sind Microsoft Network Software für die gemeinsame Nutzung von Dateien und Druckern und Unix/Linux Network File System Client für den Zugriff auf gemeinsame Dateiressourcen. ⓘ
Zu den Funktionen der Anwendungsschicht gehören in der Regel die gemeinsame Nutzung von Dateien, die Verarbeitung von Nachrichten und der Zugriff auf Datenbanken über die gängigsten Protokolle der Anwendungsschicht, wie HTTP, FTP, SMB/CIFS, TFTP und SMTP. Bei der Identifizierung von Kommunikationspartnern bestimmt die Anwendungsschicht die Identität und Verfügbarkeit von Kommunikationspartnern für eine Anwendung mit zu übertragenden Daten. Die wichtigste Unterscheidung in der Anwendungsschicht ist die Unterscheidung zwischen der Anwendungsentität und der Anwendung. Eine Reservierungswebsite könnte beispielsweise zwei Anwendungseinheiten haben: eine, die HTTP zur Kommunikation mit den Benutzern verwendet, und eine für ein entferntes Datenbankprotokoll zur Erfassung von Reservierungen. Keines dieser Protokolle hat etwas mit Reservierungen zu tun. Diese Logik liegt in der Anwendung selbst. Die Anwendungsschicht hat keine Möglichkeit, die Verfügbarkeit von Ressourcen im Netz zu ermitteln. ⓘ
Dienste, Anwendungen und Netzmanagement. Die Anwendungsschicht stellt Funktionen für die Anwendungen zur Verfügung. Diese Schicht stellt die Verbindung zu den unteren Schichten her. Auf dieser Ebene findet auch die Datenein- und ausgabe statt. Die Anwendungen selbst gehören nicht zur Schicht. ⓘ
Anwendungen: Webbrowser, E-Mail-Programm, Instant Messaging ⓘ
Schichtübergreifende Funktionen
Schichtübergreifende Funktionen sind Dienste, die nicht an eine bestimmte Schicht gebunden sind, aber mehr als eine Schicht betreffen können. Einige orthogonale Aspekte, wie Management und Sicherheit, betreffen alle Schichten (siehe ITU-T X.800-Empfehlung). Diese Dienste zielen darauf ab, den CIA-Dreiklang - Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit - der übertragenen Daten zu verbessern. Schichtübergreifende Funktionen sind in der Praxis die Regel, da die Verfügbarkeit eines Kommunikationsdienstes durch das Zusammenspiel von Netzentwurf und Netzverwaltungsprotokollen bestimmt wird. ⓘ
Spezifische Beispiele für schichtenübergreifende Funktionen sind u. a. die folgenden
- Sicherheitsdienst (Telekommunikation), wie in der ITU-T X.800-Empfehlung definiert.
- Managementfunktionen, d. h. Funktionen, die es ermöglichen, die Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Einheiten zu konfigurieren, zu instanziieren, zu überwachen und zu beenden: Es gibt ein spezifisches Protokoll der Anwendungsschicht, das Common Management Information Protocol (CMIP), und seinen entsprechenden Dienst, den Common Management Information Service (CMIS), die mit jeder Schicht interagieren müssen, um mit ihren Instanzen umzugehen.
- Multiprotocol Label Switching (MPLS), ATM und X.25 sind 3a-Protokolle. OSI unterteilt die Netzwerkschicht in drei Teilschichten: 3a) Teilnetzzugang, 3b) teilnetzabhängige Konvergenz und 3c) teilnetzunabhängige Konvergenz. Sie wurde entwickelt, um einen einheitlichen Datenübertragungsdienst sowohl für leitungsgebundene Clients als auch für paketvermittelnde Clients, die ein datagrammbasiertes Dienstmodell anbieten, bereitzustellen. Es kann zur Übertragung vieler verschiedener Arten von Datenverkehr verwendet werden, darunter IP-Pakete sowie native ATM-, SONET- und Ethernet-Rahmen. Manchmal wird auch von einer Schicht 2.5 gesprochen.
- MAC- und PHY-übergreifendes Scheduling ist in drahtlosen Netzen wegen der zeitlichen Schwankungen der drahtlosen Kanäle unerlässlich. Indem die Übertragung von Paketen nur bei günstigen Kanalbedingungen geplant wird, wofür die MAC-Schicht Informationen über den Kanalzustand von der PHY-Schicht erhalten muss, kann der Netzdurchsatz erheblich verbessert und Energieverschwendung vermieden werden. ⓘ
Programmierschnittstellen
Weder das OSI-Referenzmodell noch die OSI-Protokollspezifikationen enthalten Programmierschnittstellen, sondern nur absichtlich abstrakte Dienstbeschreibungen. Protokollspezifikationen definieren eine Methodik für die Kommunikation zwischen Peers, aber die Softwareschnittstellen sind implementierungsspezifisch. ⓘ
So sind beispielsweise die Network Driver Interface Specification (NDIS) und die Open Data-Link Interface (ODI) Schnittstellen zwischen den Medien (Schicht 2) und dem Netzwerkprotokoll (Schicht 3). ⓘ
Vergleich mit anderen Netzwerk-Suites
Die folgende Tabelle enthält eine Liste der OSI-Schichten, der ursprünglichen OSI-Protokolle und einiger ungefährer moderner Entsprechungen. Es ist sehr wichtig, darauf hinzuweisen, dass diese Entsprechungen nur grob sind: Das OSI-Modell enthält Eigenheiten, die in späteren Systemen wie dem IP-Stack im modernen Internet nicht zu finden sind. ⓘ
| Schicht | OSI-Protokolle | TCP/IP-Protokolle | Signalisierung System 7 |
AppleTalk | IPX | SNA | UMTS | Verschiedene Beispiele ⓘ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nr. | Bezeichnung | ||||||||
| 7 | Anwendung |
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| 6 | Darstellung |
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| 5 | Sitzung |
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Sockets (Sitzungsaufbau in TCP / RTP / PPTP) |
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| 4 | Transport |
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| 3 | Netzwerk |
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ATP (TokenTalk / EtherTalk) |
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| 2 | Datenverbindung |
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IEEE 802.3 Rahmung Ethernet II Rahmung |
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| 1 | Physikalisch |
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Der TCP/IP-Stack kümmert sich nicht um das physikalische Medium, solange er eine Möglichkeit bietet, Oktette zu übertragen |
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UMTS-Luftschnittstellen |
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Vergleich mit dem TCP/IP-Modell
Der Entwurf von Protokollen im TCP/IP-Modell des Internets kümmert sich nicht um eine strenge hierarchische Verkapselung und Schichtung. RFC 3439 enthält einen Abschnitt mit dem Titel "Layering considered harmful". TCP/IP kennt vier große Funktionsschichten, die sich aus dem Funktionsumfang der enthaltenen Protokolle ableiten: den Umfang der Softwareanwendung, den Host-to-Host-Transportweg, den Internetworking-Bereich und den Umfang der direkten Verbindungen zu anderen Knoten im lokalen Netz. ⓘ
Obwohl ein anderes Konzept für die Schichtung als das OSI-Modell verwendet wird, werden diese Schichten oft mit dem OSI-Schichtenschema auf folgende Weise verglichen:
- Die Internet-Anwendungsschicht entspricht der OSI-Anwendungsschicht, der Darstellungsschicht und dem größten Teil der Sitzungsschicht.
- Die TCP/IP-Transportschicht entspricht der "Graceful Close"-Funktion der OSI-Sitzungsschicht sowie der OSI-Transportschicht.
- Die Internetschicht führt Funktionen aus, die einer Teilmenge der OSI-Netzwerkschicht entsprechen.
- Die Verbindungsschicht entspricht der OSI-Datenverbindungsschicht und kann ähnliche Funktionen wie die physikalische Schicht sowie einige Protokolle der OSI-Netzwerkschicht umfassen.
Diese Vergleiche beruhen auf dem ursprünglichen siebenschichtigen Protokollmodell, wie es in ISO 7498 definiert ist, und nicht auf Verfeinerungen in der internen Organisation der Netzwerkschicht. ⓘ
Die OSI-Protokollsuite, die im Rahmen des OSI-Projekts spezifiziert wurde, wurde von vielen als zu kompliziert und ineffizient angesehen und war zum großen Teil nicht implementierbar. Nach dem Ansatz des "Gabelstapler-Upgrades" wurden alle bestehenden Netzwerkprotokolle eliminiert und auf allen Schichten des Stacks ersetzt. Dies erschwerte die Implementierung und stieß bei vielen Anbietern und Benutzern mit erheblichen Investitionen in andere Netzwerktechnologien auf Widerstand. Darüber hinaus enthielten die Protokolle so viele optionale Funktionen, dass die Implementierungen vieler Anbieter nicht interoperabel waren. ⓘ
Obwohl häufig noch auf das OSI-Modell Bezug genommen wird, hat sich die Internet-Protokollsuite zum Standard für Netzwerke entwickelt. Der pragmatische Ansatz von TCP/IP in Bezug auf Computernetzwerke und unabhängige Implementierungen von vereinfachten Protokollen machte es zu einer praktischen Methode. Einige Protokolle und Spezifikationen des OSI-Stapels werden weiterhin verwendet. Ein Beispiel ist IS-IS, das für OSI als ISO/IEC 10589:2002 spezifiziert und für die Verwendung im Internet mit TCP/IP als RFC 1142 angepasst wurde. ⓘ
Motivation
In einem Computernetz werden den verschiedenen Clients Dienste unterschiedlichster Art durch andere Hosts bereitgestellt. Dabei gestaltet sich die dafür erforderliche Kommunikation komplizierter, als sie zu Beginn erscheinen mag, da eine Vielzahl von Aufgaben bewältigt und Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Effizienz usw. erfüllt werden müssen. Die zu lösenden Probleme reichen von Fragen der elektronischen Übertragung der Signale über eine geregelte Reihenfolge in der Kommunikation bis hin zu abstrakteren Aufgaben, die sich innerhalb der kommunizierenden Anwendungen ergeben. ⓘ
Aufgrund dieser Vielzahl von Aufgaben wurde das OSI-Modell eingeführt, bei dem die Kommunikationsabläufe in sieben Ebenen (auch Schichten genannt) aufgeteilt werden. Dabei werden auf jeder einzelnen Schicht die Anforderungen separat umgesetzt. ⓘ
Die verwendeten Instanzen müssen sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite nach festgelegten Regeln arbeiten, um die Verarbeitung von Daten zu ermöglichen. Die Festlegung dieser Regeln wird in einem Protokoll beschrieben und bildet eine logische, horizontale Verbindung zwischen zwei Instanzen derselben Schicht. ⓘ
Jede Instanz stellt Dienste zur Verfügung, die eine direkt darüberliegende Instanz nutzen kann. Zur Erbringung der Dienstleistung bedient sich eine Instanz selbst der Dienste der unmittelbar darunterliegenden Instanz. Der reale Datenfluss erfolgt daher vertikal. Die Instanzen einer Schicht sind genau dann austauschbar, wenn sie sowohl beim Sender als auch beim Empfänger ausgetauscht werden können. ⓘ
Die sieben Schichten
Der Abstraktionsgrad der Funktionalität nimmt von Schicht 1 bis zur Schicht 7 zu. ⓘ
Das OSI-Modell im Überblick (siehe im Vergleich dazu das TCP/IP-Referenzmodell):
| OSI-Schicht | Einordnung | TCP/IP-Referenzmodell | Einordnung | Protokollbeispiele | Einheiten | Kopplungselemente ⓘ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 | Anwendungen (Application) |
Anwendungs- orientiert |
Anwendung | Ende zu Ende (Multihop) |
DHCP DNS FTP HTTP HTTPS LDAP MQTT NCP RTP SMTP XMPP |
Daten | Gateway, Content-Switch, Proxy, Layer-4-7-Switch |
| 6 | Darstellung (Presentation) | ||||||
| 5 | Sitzung (Session) | ||||||
| 4 | Transport (Transport) |
Transport- orientiert |
Transport | TCP UDP SCTP SPX |
TCP = Segmente UDP = Datagramme | ||
| 3 | Vermittlung-/Paket (Network) |
Internet | ICMP IGMP IP IPsec IPX |
Pakete | Router, Layer-3-Switch | ||
| 2 | Sicherung (Data Link) |
Netzzugriff | Punkt zu Punkt |
IEEE 802.3 Ethernet IEEE 802.11 WLAN TLAP FDDI MAC Token Ring ARCNET |
Rahmen (Frames) | Bridge, Layer-2-Switch, Wireless Access Point | |
| 1 | Bitübertragung (Physical) |
1000BASE-T Token Ring ARCNET |
Bits, Symbole | Netzwerkkabel, Repeater, Hub | |||
Schicht 3 – Vermittlungsschicht (Network Layer)
Die Vermittlungsschicht (engl. Network Layer; auch Paketebene oder Netzwerkschicht) sorgt bei leitungsorientierten Diensten für das Schalten von Verbindungen und bei paketorientierten Diensten für die Weitervermittlung von Datenpaketen sowie die Stauvermeidung (engl. congestion avoidance). Die Datenübertragung geht in beiden Fällen jeweils über das gesamte Kommunikationsnetz hinweg und schließt die Wegsuche (Routing) zwischen den Netzwerkknoten ein. Da nicht immer eine direkte Kommunikation zwischen Absender und Ziel möglich ist, müssen Pakete von Knoten, die auf dem Weg liegen, weitergeleitet werden. Weitervermittelte Pakete gelangen nicht in die höheren Schichten, sondern werden mit einem neuen Zwischenziel versehen und an den nächsten Knoten gesendet. ⓘ
Zu den wichtigsten Aufgaben der Vermittlungsschicht zählt das Bereitstellen netzwerkübergreifender Adressen, das Routing bzw. der Aufbau und die Aktualisierung von Routingtabellen und die Fragmentierung von Datenpaketen. Aber auch die Aushandlung und Sicherstellung einer gewissen Dienstgüte fällt in den Aufgabenbereich der Vermittlungsschicht. ⓘ
Neben dem Internet Protocol zählen auch die NSAP-Adressen zu dieser Schicht. Da ein Kommunikationsnetz aus mehreren Teilnetzen unterschiedlicher Übertragungsmedien und -protokolle bestehen kann, sind in dieser Schicht auch die Umsetzungsfunktionen angesiedelt, die für eine Weiterleitung zwischen den Teilnetzen notwendig sind. ⓘ
Hardware auf dieser Schicht: Router, Layer-3-Switch (BRouter). ⓘ
Protokolle und Normen: X.25, ISO 8208, ISO 8473 (CLNP), ISO 9542 (ESIS), IP, IPsec, ICMP. ⓘ
Schicht 4 – Transportschicht (Transport Layer)
Zu den Aufgaben der Transportschicht (engl. Transport Layer; auch Ende-zu-Ende-Kontrolle, Transport-Kontrolle) zählt die Segmentierung des Datenstroms, die Stauvermeidung (engl. congestion avoidance) und die Sicherstellung einer fehlerfreien Übertragung. ⓘ
Ein Datensegment ist dabei eine Service Data Unit, die zur Datenkapselung auf der vierten Schicht (Transportschicht) verwendet wird. Es besteht aus Protokollelementen, die Schicht-4-Steuerungsinformationen enthalten. Als Adressierung wird dem Datensegment eine Schicht-4-Adresse vergeben, also ein Port. Das Datensegment wird in der Schicht 3 in ein Datenpaket gekapselt. ⓘ
Die Transportschicht bietet den anwendungsorientierten Schichten 5 bis 7 einen einheitlichen Zugriff, so dass diese die Eigenschaften des Kommunikationsnetzes nicht zu berücksichtigen brauchen. ⓘ
Fünf verschiedene Dienstklassen unterschiedlicher Güte sind in Schicht 4 definiert und können von den oberen Schichten benutzt werden, vom einfachsten bis zum komfortabelsten Dienst mit Multiplexmechanismen, Fehlersicherungs- und Fehlerbehebungsverfahren. ⓘ
Protokolle und Normen: ISO 8073/X.224, ISO 8602, TCP, UDP, SCTP, DCCP. ⓘ
Schicht 5 – Sitzungsschicht (Session Layer)
Die Schicht 5 (Steuerung logischer Verbindungen; engl. Session Layer; auch Sitzungsschicht, Kommunikationsschicht, Kommunikationssteuerungsschicht) sorgt für die Prozesskommunikation zwischen zwei Systemen. Hier findet sich unter anderem das Protokoll RPC (Remote Procedure Call). Um Zusammenbrüche der Sitzung und ähnliche Probleme zu beheben, stellt die Sitzungsschicht Dienste für einen organisierten und synchronisierten Datenaustausch zur Verfügung. Zu diesem Zweck werden Wiederaufsetzpunkte, so genannte Fixpunkte (Check Points) eingeführt, an denen die Sitzung nach einem Ausfall einer Transportverbindung wieder synchronisiert werden kann, ohne dass die Übertragung wieder von vorne beginnen muss. ⓘ
Protokolle und Normen: ISO 8326 / X.215 (Session Service), ISO 8327 / X.225 (Connection-Oriented Session Protocol), ISO 9548 (Connectionless Session Protocol) ⓘ
Beispiel
Die Ebenen des verbreiteten Netzwerk-Systems „TCP/IP über Ethernet“ entsprechen nicht exakt dem OSI-Modell und sind daher teilweise OSI-Schichten-übergreifend. ⓘ
| Schicht 4: TCP-Segment | TCP-Header | Nutzlast (1460 bytes) | ⓘ | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Schicht 3: IP-Paket | IP-Header | Nutzlast (1480 bytes) | |||||||||
| Schicht 2: Ethernet-Frame | MAC-Empfänger | MAC-Absender | 802.1Q-Tag (opt.) | EtherType (0x0800) | Nutzlast (1500 bytes) | Frame Check Sequence | |||||
| Schicht 1: Ethernet-Paket+IPG | Präambel | Start of Frame | Nutzlast (1518/1522 bytes) | Interpacket Gap | |||||||
| Oktette (Bytes) | 7 | 1 | 6 | 6 | (4) | 2 | 20 | 20 | 6–1460 | 4 | 12 |
Das Referenzmodell für die Telekommunikation
Das Konzept des OSI-Modells stammt aus der Datenwelt, die immer Nutzdaten (in Form von Datenpaketen) transportiert. Um die Telekommunikationswelt auf dieses Modell abzubilden, waren Zusätze erforderlich. Diese Zusätze berücksichtigen, dass in der Telekommunikation eine von den Datenströmen getrennte Zeichengabe für den Verbindungsauf- und -abbau vorhanden ist, und dass in der Telekommunikation die Geräte und Einrichtungen mit Hilfe eines Management-Protokolls von Ferne konfiguriert, überwacht und entstört werden. ITU-T hat für diese Zusätze das OSI-Modell um zwei weitere Protokoll-Stacks erweitert und ein generisches Referenzmodell standardisiert (ITU-T I.322). Die drei Protokoll-Stacks werden bezeichnet als
- Nutzdaten (User Plane)
- Zeichengabe (Control Plane)
- Management (Management Plane)
Jede dieser „Planes“ ist wiederum nach OSI in sieben Schichten strukturiert. ⓘ
Merksprüche
Es gibt einige Eselsbrücken/Informatik-Merksprüche zu den Namen der einzelnen OSI-Schichten, die gerne zum einfacheren Merken verwendet werden. Wohl mitunter einer der populärsten Sprüche lautet “Please Do Not Throw Salami Pizza Away” (Physical Layer, Data Link Layer usw.). Eine deutsche Variante ist „Alle deutschen Studenten trinken verschiedene Sorten Bier“ (Anwendungsschicht, Darstellungsschicht, …). Eine sehr eingängige deutsche Eselsbrücke für die englischen Namen der Schichten lautet „Alle Priester saufen Tequila nach der Predigt“ und in der englischen Variante „All People Seem to Need Data Processing“. ⓘ
Wer sich die Sitzungsschicht lieber als Kommunikationsschicht merken möchte, kann sich das eingängige Kunstwort 'andakotraversibi' (laut aussprechen) merken. Es setzt sich aus den Anfangssilben der Schichtennamen zusammen. ⓘ
Nicht im OSI-Modell verortete weitere Schichten
Das OSI-Modell wird gelegentlich – oft scherzhaft – um im Modell nicht existierende weitere Schichten erweitert. Da die oberste, siebte Schicht dem Benutzer am nächsten liegt, kann z. B. neben den Endgeräten selbst auch der Benutzer einer 8. Schicht zugeordnet werden, wenn das für eine Kommunikationsfallbeschreibung als sinnvoll erachtet wird. ⓘ